本文選題：白堊系砂巖　切入點(diǎn)：凍融　出處：《西安科技大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：目前,西北地區(qū)礦井建設(shè)中,多數(shù)井筒需要穿過白堊系、侏羅系巨厚巖層,該巖層具有含水量大、巖性松軟等特點(diǎn),普通鑿井法難以通過,多采用凍結(jié)法或普通法結(jié)合工作面預(yù)注漿施工。部分凍結(jié)法施工井筒凍結(jié)壁解凍后出現(xiàn)井壁、馬頭門涌水現(xiàn)象,導(dǎo)致井筒施工工期長,水治理費(fèi)用高等問題。白堊系、侏羅系巖層含水多為孔隙裂隙水,巖層孔隙率大,普通漿液難以注入,注漿防水減滲效果差,普通法結(jié)合工作面預(yù)注漿施工難。另外由于針對凍融作用下軟巖物理力學(xué)性質(zhì)研究成果的缺失,特別是軟巖凍結(jié)解凍后的物理力學(xué)參數(shù)的缺失,導(dǎo)致西部地區(qū)凍結(jié)法施工井筒井壁設(shè)計缺乏科學(xué)性。以上問題已成為影響西部地區(qū)礦井安全、科學(xué)施工和急需解決的技術(shù)難題。針對上述工程技術(shù)問題,以新莊煤礦風(fēng)立井井筒建設(shè)為工程背景,以室內(nèi)試驗(yàn)為基礎(chǔ),分析了粗粒砂巖、中粒砂巖、泥巖未凍前、凍結(jié)后以及解凍后的物理力學(xué)性質(zhì)變化,探討凍融對巖體的損傷;對凍結(jié)前、凍融作用后粗粒砂巖和中粒砂巖的孔隙比表面積、孔容、孔徑分布等參數(shù)進(jìn)行測試,從微觀角度分析凍融對巖石內(nèi)部孔隙裂隙結(jié)構(gòu)的影響;開展了孔隙裂隙砂巖不同注漿材料、注漿壓力下的可注性研究;同時探討軟巖凍結(jié)井筒成井后的水害問題,并對壁后注漿提出合理的建議。主要研究結(jié)論有:(1)分別對粗粒砂巖、中粒砂巖、泥巖開展常溫、凍結(jié)(-30℃)和解凍后三種狀態(tài)下的單軸壓縮試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明:(1)三種飽和巖石在三種狀態(tài)下所得應(yīng)力-應(yīng)變曲線形狀是一致的,都經(jīng)歷了壓密階段、彈性增長階段、塑性屈服階段和破壞四個階段,其中破壞形式主要是巖石內(nèi)部受拉伸破壞為主。(2)三種狀態(tài)下,巖石強(qiáng)度都有不同程度變化,凍結(jié)狀態(tài)強(qiáng)度最大、常溫次之、解凍后巖石強(qiáng)度最小,一次凍融循環(huán)對粗砂巖單軸抗壓強(qiáng)度影響明顯,對中砂巖和泥巖影響小。(3)經(jīng)過一次凍融循環(huán)后,三種巖石彈性模量都減小,不同巖石減小程度不同。(4)一次凍融循環(huán)對粗砂巖飽和吸水率敏感,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)受凍融引起的損傷大,對中砂巖和泥巖飽和吸水率影響不大,對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)損傷較小。(2)粗粒砂巖和中粒砂巖凍融前后微觀結(jié)構(gòu)分析及巖樣表面微觀掃描分析試驗(yàn)結(jié)果表明:飽和粗粒砂巖和中粒砂巖在凍融前后微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化,其中粗砂巖比表面積和孔容都有增加,但是平均孔徑減小;中粒砂巖比表面積增加而孔容和平均孔徑都減小,兩種巖石的吸水率、大小孔隙率不同,增加幅度也不相同。(3)運(yùn)用自主設(shè)計加工的巖石滲透系數(shù)測試和注漿實(shí)驗(yàn)裝置,選取超細(xì)水泥和脲醛樹脂兩種漿液,進(jìn)行重復(fù)注漿,測量每次注漿前后巖石試件的滲透系數(shù),對測量結(jié)果進(jìn)行對比分析,研究粗粒砂巖不同注漿材料、注漿壓力下的可注性,試驗(yàn)結(jié)果表明:(1)脲醛樹脂化學(xué)漿液初凝時間隨著草酸溶液濃度增大而減少,減少幅度隨著草酸溶液濃度增加而降低。(2)滲透系數(shù)隨著注漿次數(shù)的增加而減小,注漿防滲效果顯著。(3)對顆粒型材料無法注入的孔隙裂隙砂巖,化學(xué)漿液能夠起到良好的效果。
[Abstract]:At present, the mine construction in Northwest China, most of the shafts need to pass through the Cretaceous, Jurassic thick strata, the strata with large water content, loose lithology characteristics, common drilling method to the freezing method or common law combined with the working face pre grouting construction. Part of freezing method construction of shaft frozen wall thawing after lining horsehead, water gushing phenomenon, the shaft long construction period, high water treatment cost. The Cretaceous, Jurassic strata water is pore fissure water, rock porosity, general difficult to inject slurry, grouting waterproofing infiltration reduction effect is poor, working face pre grouting construction combined with the common law difficult. Also due to the lack of research results for freezing properties the physical mechanics of soft rock and thawing, especially lack of physical and mechanical parameters of soft rock freezing thawing, leading to the western region design and construction method of freezing shaft wall is lack of science. The problem has become the influence of mine safety in western areas, scientific construction and technical problems needed to be solved. According to the above engineering problems in Xinzhuang coal mine wind shaft construction as the engineering background, based on experiments, analysis of coarse sandstone, sandstone, mudstone and unfrozen before and after freezing and thawing mechanics change in the nature of freeze-thaw damage of rock mass; on the freezing before freezing and thawing after coarse sandstone and sandstone pore surface area, pore size distribution of Kong Rong, were tested, from the micro perspective analysis of freeze-thaw effect on internal pore structure of the rock; the fractured sandstone with different grouting study of grouting material, injection pressure; and to explore the soft rock freezing shaft into the water problem well, and put forward reasonable suggestions on grouting. The main conclusions are as follows: (1) respectively for coarse grained sandstone in grain Sandstone, mudstone in normal temperature, freezing and thawing (-30 C) after three under the condition of uniaxial compression test. Test results show that: (1) three kinds of saturated rock income in the three states of stress - strain curve shape is consistent, have experienced the compression phase, elastic plastic growth stage. The yield stage and the four stages of damage, including the destruction is the main form of rock tensile failure. (2) under the three conditions of rock strength have different degrees of change, freezing intensity, temperature of post thaw rock strength minimum, one freeze-thaw cycle effect on uniaxial compressive strength the coarse sandstone, little influence on in sandstone and mudstone. (3) after one freeze-thaw cycle, three kinds of rock elastic modulus decreased, different rock decreased in different degree. (4) one freeze-thaw cycle of sand rock saturated water absorption rate sensitive, the internal structure of the freeze-thaw damage caused by large, on In the sandstone and mudstone saturated water absorption rate has little effect on its internal structure damage is smaller. (2) coarse sandstone and sandstone before and after freeze-thaw and microstructure of rock surface micro scanning analysis test results show that the saturated coarse sandstone and sandstone before and after freeze-thaw in micro structure changed significantly, including coarse sand rock pore volume and specific surface area are increased, but the average pore size decreases; sandstone pore volume and average pore size increased and the specific surface area decreases, the water absorption rate of two kinds of rocks with different porosity, size, the increase is not the same. (3) transport coefficient test and grouting experiment device independent design and processing the rock permeability, selection of superfine cement and urea formaldehyde resin two slurry, were measured before and after each repeated grouting, grouting rock permeability coefficient of specimen, the comparative analysis of the measurement results of coarse sandstone with different grouting materials, grouting Under the pressure of grouting, test results show that: (1) urea formaldehyde resin chemical grout initial setting time with oxalic acid solution concentration decreases, reduce the rate decreased with increasing concentration of the oxalic acid solution. (2) the permeability coefficient decreases with the increase of the number of grouting, grouting anti-seepage effect significantly. (3) pore fissure the sandstone particle material not injected, chemical grout can play a good effect.

【學(xué)位授予單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TD265

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本文編號：1604201